トップガス回収タービンユニットの改造 日本

目次

1. TRTユニットの概要

2. TRTユニットの現在の動作分析

3. TRT流路の最適化と変形のための先進技術と設計方法

4. TRT流路最適化結果

5. 高炉ガスタービンのオンラインエネルギー効率および寿命分析管理インテリジェンスシステム

6. TRT流路の最適化と変換範囲と標準への準拠

6.1. TRTフロー変換標準に従う

6.2. TRTフロー変換と供給範囲

7. TRT変換ワークフローとサイクル

8. 葉の寿命を延ばす対策と効果

9. 品質保証とパフォーマンスコンプライアンス保証

10. アフターサービス

10.1. TRT変換サイトサービス

10.2. 長期TRTメンテナンスサービス

10.3. ブレードなどのスペアパーツの長期供給

11. 関連する付属文書

1. TRTユニットの概要

* * * * * * * * * * * 当社（以下、「当社鋼材」という）の1250m3高炉は乾式バッグ除塵方式を採用しており、それと連動する高炉ガスタービンTRTは高炉上部のガスの残圧を利用して発電し、企業に莫大な経済利益をもたらしています。

TRTユニットは、西安尚谷電力株式会社が初期に導入した三井とスルザーの技術を使用して設計および製造しました。型番はMPG9.2-280.6/180です。先進国の最先端TRT技術と比較すると、国産TRTユニットの性能指標には依然として大きなギャップがあり、それは流路効率に反映されています。国産ユニットは依然として65％〜75％の範囲にあり、国際先進レベルの84〜92％を大幅に下回っています。そのため、運用中のTRTユニットの流路を最適化する必要があります。

当社はドイツと日本の最先端のTRTタービン流路設計技術を吸収し、現在中国で稼働中のTRTユニットに適用することで、TRT効率を大幅に向上させることができます。つまり、既存のガス流量、圧力、温度、組成パラメータの下で、ユニットの発電電力が10％～20％増加し、より多くの経済的利益を生み出し、省エネと排出削減に貢献します。

公共計画	ユニット	動作点
		設計ポイント	最大ポイント
局所的な大気圧	キロパスカル(A)	100
タービン速度	R /分	3000
タービン入口ガス流量	10,000 Nm3 / h	245000	270000
タービン入口ガス圧力	キロパスカル(G)	180	200
タービン入口ガス温度	℃	180	230
タービン出口のガス圧力	キロパスカル(G)	10	10
タービンシリーズ	-	2	2
タービン出力	KW	7230	9200
表1 TRTオリジナル設計パラメータ

2.TRTユニットの現在の動作分析

過去の運転記録によると、ある日のユニットの運転を分析すると（図1に示すように）、入口流量の変動により、ユニットの実際の運転効率値は60〜75％の間であることが示されています。

図1 ある日のTRTユニットの運転状況（効率と入口流量）

図2 ある日のTRTユニットの運転状況記録

このタイプのユニットの動作点における流量の分析は次のとおりです。

図3 貫通流変更前のこのタイプのユニットのマッハ数分布

図4 貫通流変更前のこのタイプのユニットの速度分布

4次元CFD流れ場の解析により、このタイプのユニットの静翼と動翼の空力設計は比較的後方に傾いており、気流の分布には多くの問題があることがわかります。速度と角度の分布が不合理、分離した流れ、後方プロファイルなどです。図XNUMXに示すように、第XNUMX段ローターブレードのよどみ点は前縁から外れ、圧力の前端にあります。明らかな衝突角度損失があります。吸引面の高速領域は流れの損失を増加させます。第XNUMX段と第XNUMX段ローターブレードの吸引面には明らかな流れの分離現象があり、渦損失と不安定な内部流れ場を引き起こします。これらすべてが流れの効率の低下をもたらし、流路を最適化する必要があります。

3.TRT流路の最適化と再構築のための先進技術と設計法

4.TRT流路最適化の結果

流れ最適化設計は、上記の分析と設計プロセスに従います。まず、現在のユニットに対してマクロ（1次元、2次元）とミクロ（3次元CFD）の計算と評価を実行し、現在のユニット設計の空力問題を分析します。次に、高度な反応タービン空力設計コンセプトと組み合わせて、流路配置（1次元）、渦制御フローパターン（2次元）、ブレード形状とステージマッチングを徐々に深化および最適化し、最終的に信頼性の高い空力設計スキームを形成します。

図5 オリジナルの子午線面フロー設計

• 子午線チャネルの高さと角度の設計。

• -軸方向速度分布の最適化。 -最適なブレードアスペクト比。 -ギャップ損失の低減。

• ブレード間隔の最適化:

• -二次流れ損失と伴流損失を低減します。

• ラジアル ボルテックス コントロールの再設計。

図6 XNUMX次元およびXNUMX次元設計の最適化後の子午面流れ設計とブレード配置

1次元と2次元の設計により、より合理的な子午面流路設計が得られ、空気流分布がより均一になり、各レベルでのエンタルピー降下分布と反応度の設定が合理的になる傾向があります。ブレードのアスペクト比、相対ピッチなど、空気力学に影響を与える重要な幾何学的パラメータは最適な間隔にあります。高度なプロファイルと渦流制御技術を組み合わせることで、元の空気力学設計の問題のほとんどを克服できます。

上記の最適化手法と方法を使用して、次の3次元

流れ場の結果は同じ入口パラメータで得られた

図7 同じタイプのユニットのフロー最適化後のマッハ数分布

上図からわかるように、最適化後、衝突角損失は明らかに減少し、よどみ点の位置オフセットは修正されています。ローターブレードでの流れの分離はなくなり、第2段ステーターブレードでの流れ分布も改善されています。一般的に言えば、最適化された設計により、流れ場の分布は軸方向と半径方向の両方でより均一かつ合理的になり、流体の分離、二次流れ損失、衝突角損失、排気損失が減少し、全体的な効率が大幅に向上します。

最適化された2段ブレードは純反動型で設計されており、負荷係数と反動度のマッチングが理想値に近く、残留速度損失が大幅に低減され、排気ディフューザーの効率が向上します。

図8 同じタイプのユニットのフロー最適化後の速度分布

公共計画	ユニット	動作点
局所的な大気圧	キロパスカル(A)	101.325
タービン速度	R /分	3000
タービン入口ガス流量	10,000 Nm3 / h	24.5
タービン入口ガス圧力	キロパスカル(G)	180
タービン入口ガス温度	℃	180
タービン出口のガス圧力	キロパスカル(G)	10
タービンシリーズ	-	2
タービン流量効率	%	86.0
タービン出力	KW	8122
表3 TRTフロー最適化の結果

上記から、最適化後の流路内部効率は86.0%に達し、10%以上の増加が見られます。同じ入口条件（流量、圧力、温度、組成など）では、ユニット出力は設計値の892kWと比較して7230kW増加しました。業界平均の電気料金が0.65キロワット時あたり8000元で、年間利用時間が7.316時間の場合、年間発電量は4.638万キロワット時増加し、発電利益はXNUMX万元となります。

TRT ユニットの可変動作条件 (部分負荷およびピーク負荷) での性能が大幅に向上し、より広い可変負荷範囲で効率曲線がオリジナルと比較して比較的平坦になり、TRT ユニット全体が最適な高効率動作状態になります。

TRTブレードの耐用年数が延長され、オーバーホール期間の間隔が長くなり、オーバーホール作業の負荷が軽減されます。

ユニットの大きなブレード振動、高スラストタイル温度などの問題を解決し、ユニットの安全性と使いやすさが向上します。

5.高炉タービンのオンラインエネルギー効率と寿命解析のためのインテリジェント管理システム

このソリューションには、「高炉ガスタービンのオンラインエネルギー効率と寿命管理のためのインテリジェントシステム」（TELM+システム）も含まれています。このシステムは、ガスタービンのエネルギー効率指数をオンラインでリアルタイムに分析できるだけでなく、運用のための大量のデータを生成することもできます。システムのインテリジェントアルゴリズムと独自のエキスパートシステムを通じて、ユニットがより高い効率ポイント領域で動作できるように、運用の最適化の提案が提供されます。ただし、ブレードダストの蓄積とブレードの侵食欠落タイプについては、組み込みのインテリジェント予測モジュールを通じて、人工知能によってブレードダストの蓄積度とブレード欠落タイプが示され、対応する対策を講じるための科学的な判断基準が提供されます。

このシステムには機械学習機能があり、運用データが蓄積されるにつれて、システムによって自動的に生成されるエネルギー効率分析と寿命予測レポートの精度が向上し、運用とメンテナンスが大幅に容易になり、高炉ガスタービンの運用がより効率的かつ健全になり、稼働率が向上し、計画外のダウンタイム時間が短縮されます。

6.TRTフローパス最適化変換の範囲とコンプライアンス標準

6.1TRTフロー変換の標準に従う

GBT 28246-2012「高炉ガスエネルギー回収タービンエキスパンダー」

GBT 26137-2010「高炉ガスエネルギー回収タービンエキスパンダーの熱性能試験」

JB/T4365「潤滑、シールおよび調整オイルシステム」

JB/T9631「蒸気タービン鋳鉄品の技術的条件」

JB/T9637「タービン組立の技術条件」

GB/T7064「タービン型同期モーターの技術要求」

GB6222「国家ガス安全規則」

YBJ207「冶金機械および装置設置工学の構築および検収に関する規格」油圧、空気圧および潤滑システム。

上記の業務は、最新の国家基準、国家技術基準、業界基準を実施するものとする。

6.2TRTフロー変換と供給範囲

ユーザーのTRTユニットモデルと運用開始後の実際の状況に応じて、流路の最適化と変換には次のものが含まれます。

a) 2段の静翼をすべて交換します。

ステータブレードの設計では、特に入口エッジ R に対して複数ラウンドの計算を実行し、入口迎え角の幅広い変化範囲に適応し、設計点の前後の広い範囲のさまざまな動作条件下で高い効率を保証します。

b).ベアリングシリンダーを交換します。

シリンダーベアリングの材質はQT400-15Aで、中心位置を構造的に調整できるため、製造誤差を補い、シェルの中心とローターの中心が一致するようにすることができます。これにより、ブレードとシリンダー壁の間のクリアランスが小さく均一になり、信頼性と効率が向上します。

c).2段の全ての動翼を交換する。

ブレードは優れた空力性能を持ち、ほこりがたまらない、詰まりにくいという特徴があります。構造は強度と振動の要件を満たすことが保証されています。ローターブレードは高強度、耐高温のステンレス鋼で作られています。ほぞはモミの木型の高強度を採用し、ブレードの疲労寿命を確保しています。すべての可動ブレードは周波数テストされ、メンテナンス時の参考のために記録されます。

d).ローター（メインシャフト）を交換します。

メインシャフトは高強度合金鋼25CrNiMoV一体鍛造を採用し、材料の結晶相構造、物理的および機械的特性がTRT動作の要件を完全に満たすことを保証し、ローターは動的バランステストを受けます。

e).可動ブレードと静止ブレードのシール。

コンピュータソフトウェアを使用して作業環境をシミュレートし、必要な各状態でのブレードの歪みと変位を厳密に計算し、先端クリアランスと根元クリアランスを最適化し、空気漏れの損失を減らし、流動効率を向上させます。

シリアルナンバー	Name	モデル/仕様	数量/単位	備考
1	第一段ステータ	材質17-4PH	1セット
2	第一段ローター	材質 2Cr13	1セット
3	二次ステータ	材質 2Cr13	1セット
4	第二段ローター	材質 2Cr13	1セット
5	ロータースピンドル	25CrNiMoV	1セット	シャフト端シール
6	ベアリングシリンダー（上部と下部）と付属品ガイドリング	QT400-15A	1セット	ドライブアクセサリを含む
7	オンラインエネルギー効率分析と寿命管理のための BPRT/TRT インテリジェント システム	TELM+システム	1セット	ホストコンピュータ、ディスプレイ
MPG9.2-280.6/180 TRTユニットフロー最適化変換供給範囲

7.TRT変換ワークフローとサイクル

ユーザーとの TRT 最適化変更契約の締結から 6 か月以内にすべての変更作業を完了し、TRT の動作に実際に影響を与える現場での変更とインストールは通常 10 日を超えてはなりません。

8.ブレード寿命延長の対策とメリット

粉塵含有量が多く、ブレードの寿命が短い TRT ユニット ユーザーの場合、ブレードの材質 (17-4PH) をアップグレードし、表面にセラミック コーティングをスプレーすると、ブレードの寿命が大幅に延び (耐用年数が XNUMX 倍以上)、メンテナンス サイクル間隔が長くなり、メンテナンス作業負荷が軽減されます。

17-4PH 材料 (0Cr17Ni4Cu4Nb) は、銅とニオブ/コロンビウムで構成された析出硬化型マルテンサイト系ステンレス鋼で、高強度、高硬度、優れた耐食性を備えています。熱処理後、製品の機械的特性はより完璧になり、引張強度は 890 ～ 1030 N/mm2 と高く、酸や塩に対する耐食性が優れており、性能は 2Cr13 よりも優れています。

	0Cr17Ni4Cu4Nb	2CR13
硬直	277〜311HB	217〜269HB
伸長の強さ	900〜970mpa	690mpa
降伏強さ	760〜900mpa	490mpa
表3 ブレード17-4PH/2Cr13の材料特性の比較

TRTユニットブレードの特殊な作業環境に合わせて、溶射プロセスを適応的に改善し、プラズマ溶射セラミック技術をTRTブレードの表面防食に応用しました。プラズマ溶射とは、溶融材料をプラズマで高温で溶かし、その後、溶融した材料の粒子を高速ガスで部品の表面に押し付けてコーティングを形成するプロセスです。セラミックコーティングの厚さは0.35mmです。良好な空気流効率とブレード強度を確保することに基づいて、優れた耐熱衝撃性と耐剥離性も備えています。コーティングの表面粗さは低く、処理されたセラミックの表面粗さは0.7μmに達し、非常に滑らかです。スケール防止剤と組み合わせて使用​​すると、ブレードの寿命延長効果が明らかです。多くのTRTユーザーの実践により、このプロセスのTRTブレードは優れた耐摩耗性と耐腐食性を備えていることが証明されています。

上記の寿命延長技術を採用することで、ブレードのメンテナンス周期が本来の寿命の1.5～2倍に延長され、メンテナンス頻度が減り、メンテナンスコストが節約され、シャットダウンによる節電効果の損失も軽減されると期待されます。

9. 品質保証と性能基準保証

ボイラーガスタービン（TRT）の流路の最適化および変換技術が先進的、安全かつ信頼性が高く、同様のアプリケーション性能を備えていることを保証します。

供給部品の品質を確保し、出荷前にすべての部品に対して必要な検査とテストを実施し、設計と製造全体が関連規制の要件を満たしていることを確認します。使用される材料はすべて合格した材料であり、対応する材料品質証明書を提供できます。

インストールとデバッグ後、供給された部品は規格で要求される安全性と信頼性を達成し、スルーフロー変更のパフォーマンス目標値を満たします。

TRTフローの最適化と変換後、両者が合意した性能評価概要に従い、契約で規定された動作条件パラメータの下で、TRT発電電力の増加は892kW以上になることが保証されます。

10アフターサービス

10.1 TRT改修の現場サービス

ユーザーに効率的で高品質のアフターサービスを提供します。資格と経験のあるサービスマネージャーを任命し、改修プロジェクトの実施状況を定期的に報告し、契約に従って改修に必要な部品を納品し、現場での設置、試運転、その他の技術サービスプロジェクトを担当する専門の現場技術サービス担当者/チームを手配します。改修されたユニットが予定通りに試運転され、評価された後、1年間の保証期間内に無料の技術サービスを提供します。

10.2 長期TRT保守サービス

タービンエンジニアと専門家で構成されるメンテナンスチームは、通常、次のようなメンテナンスサービスを提供します。

シリンダーを開いてローターを清掃します。動翼の修理または交換。ローターハブの摩耗した部品の修理。シャフトのすべてのシール部品の交換。ジャーナルの修理。

メインシャフトジャーナル、スラストプレート、ブレードルート溝は色欠陥検査を受ける必要があります。

ベアリングシリンダーの摩耗部分の錆除去、変形検査および修理。

固定刃の修理または交換、固定刃ベアリングおよびその他の付属品の交換。

ローターの修理後、3000r/minの速度で高速ダイナミックバランス調整を実施します。

可動ブレードと静止ブレード間のクリアランスを確認します。

現場での設置にはシリンダー ベアリング シーリング ストリップと位置決めピンが必要です。

他の顧客が要求するTRTサービス

10.3 ブレード等のスペアパーツの長期供給

ブレードの生産と製造能力があり、ブレードのスペアパーツ倉庫も備えており、従来のブレードで顧客の緊急のニーズを満たすことができます。

11. 関連する付属文書

主要加工製造施設一覧

デバイスのタイプ	モデル	容量	ワークピース重量	数量	原産地
		XxYxZ	量（kg）	（セットする
横型マシニングセンター（4軸）	HM630	1000x800x850	1200	1	斗山、韓国
立形マシニングセンター（5軸）	800 円	1250 x400 x400	1000	1	中国
立形マシニングセンター（5軸）	HL5001A	Φ800×320	1000	1	中国
高速立形マシニングセンター（4軸）	VF3SS/VF3/VF4	1016 x508 x635	800/1600	6	ハース、米国
立形マシニングセンター（4軸）	VM1300A	1300 x650 x710	1500	2	中国
立形マシニングセンター（4軸）	BV100	1050 x510 x560	700	2	中国
レーザークラッディングシステム	RC-LCD-800W	固定/可動	1500/30000	1	中国
ステライト溶接・高周波焼入れシステム	GGC-80-2	1500 x500 x500	500	1	中国
研磨ベルト研削・研磨機	2M5430	Φ200×50	50	12	中国

数値制御工作機械グループ

レーザークラッディングシステム

ステライト溶接・高周波焼入れシステム

ローター取付・メンテナンス装置

研磨ベルト研削・研磨機グループ

デバイスタイプ	モデル	測定範囲		数量	原産地
		XxYxZ		（台湾）
三次元測定機	X08107	800x1000x700		1	ヴェンツェ、ドイツ
50x プロジェクター	JT36-500	200 x100 x70		1	新天オプトエレクトロニクス
工具測定器	E238	Φ280×380		1	エルボ、イタリア
粗さ測定器	SJ-210			1	MITU、日本
周波数テストシステム	FSA-C	200-1200		1	西安交通大学
ブリネル硬度計	HB-300B			1	北京時代
非破壊検査機	CJW-2000I	0-1500		1	江蘇省三生大
スペクトラムアナライザー	WX-5			1	天津金飛
三次元測定機‍			50x プロジェクター
工具測定器			粗さ測定器
磁性粒子探傷器			磁粉探傷器

11.1 顧客リスト

主タービンのサプライヤー

陝西ブロワー（グループ）株式会社

成都エンジン（グループ）株式会社

南京タービンモーター（グループ）株式会社

ハルビン蒸気タービン工場株式会社

東方蒸気タービン株式会社

北京北方重型トラックモーター株式会社

......

エンドカスタマー

河北鋼鉄株式会社

山東鋼鉄グループ株式会社

江蘇沙港集団有限公司

連豊鋼鉄（張家港）有限公司

常州中天鋼鉄グループ株式会社

甘粛九鋼グループ

中国大唐グループ株式会社

中国資源電力ホールディングス株式会社

......

11.2体験

中天鋼鉄6番ローターベアリング鋼の解体と修理

中天鋼鉄会社第10ローターの軸受鋼の解体と組み立てによる修理

中天鋼鉄の7#BPRTローターはブレードを解体して交換し、ローターベアリングシリンダーを修理します

沙鋼グループ華盛製鉄所2#TRTローターの分解と動静翼一式交換、ローターベアリングシリンダーグランドレーザークラッディング

沙鋼グループ華盛製鉄所7#TRTローターの分解と動静翼一式交換

CSICのスライディングオイルポンプ蒸気タービンの製造、組立、試運転

唐山瑞豊鋼鉄 MPG9.7BPRT ローターベアリングシリンダーの分解とオーバーホール

沙鋼第一コークス18MW産業用蒸気タービンのローターアセンブリ

山東環泰熱電25MW高温高圧蒸気タービンローター分解組立ブレード

済南鋼鉄3200高炉のTRTローターの分解と修理

長強鋼鉄タービン最終段ローターの分解と組み立て

酒泉鋼鉄 3#TRT ローターの分解とブレードの交換

本渓鋼鉄の「MANタービン」TRTローターの分解組立ブレードのマッピングと製造

大唐保定熱電8#9#125MW蒸気タービンの低圧ローターの最適化

済寧金威50MW複合サイクル蒸気タービンの最適化

北安火力発電所50MW複合サイクル蒸気タービンの最適化

虎林河発電所100MW蒸気タービンの再建

連峰鋼鉄における25MW蒸気タービンローターブレードの最適化

連鋒鋼鉄における3#BPRTローターブレードの最適化

連峰鋼鉄会社の6#TRTローターブレードの最適化

連鋒鋼鉄における4#BPRTローターブレードの最適化

連峰鋼鉄会社の7#TRTローターブレードの最適化

11.3 関連写真